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[표지로 읽는 과학]6배 강하고 잘 휘는 2차원 목재 소재가 온다

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[표지로 읽는 과학]6배 강하고 잘 휘는 2차원 목재 소재가 온다

2021.10.24 06:00
사이언스 제공
사이언스 제공

국제학술지 사이언스는 22일 목재를 육각형 벌집 모양으로 만든 구조물 모습을 표지에 실었다. 목재는 다른 재료보다 강하면서도 가볍고 내구성이 뛰어난 복합재다. 쉽게 썩고 폐기물 문제도 덜해 환경 문제에서 상대적으로 자유롭다. 문제는 금속이나 플라스틱처럼 실생활에 쓰일 다양한 모양으로 가공하기 어렵다는 점이다. 특히 목재를 가공해 벌집과 같은 3차원의 복잡한 모양으로 만들려면 여러 개의 목재를 계속해 덧붙이는 어려운 작업이 필요하다.

 

이 목재 벌집은 목재 판 몇 개만 종이처럼 자유롭게 접어서 만든 구조물이다. 강도도 기존 목재보다 6배 강하다. 후리앙빙 미국 메릴랜드대 재료혁신센터장 연구팀은 목재 속 고분자를 조금 빼고 말렸다가 다시 물에 급격히 불리는 공정을 개발해 목재를 자유롭게 구부리고 접어 활용하는 방법을 사이언스에 공개했다.

 

연구팀은 목재 내부 세포벽에 결합해 강도를 부여하는 고분자 물질인 리그닌을 추출해 목재를 부드럽게 만들었다. 이후 목재를 공기 중에 말린 다음 3분 동안 물에 담그고 약간 부풀게 뒀다. 연구팀은 이를 ‘물 충격’ 단계라고 불렀다. 이 과정을 거친 목재는 부서지지 않으면서도 지그재그나 물결 모양, 별 모양 등으로 다양하게 구부릴 수 있었다. 연구팀은 이를 활용해 벌집 구조로 목재를 접은 모양을 선보이기도 했다.

 

이렇게 만든 목재는 기존 목재보다도 강도가 6배 더 강한 것으로 나타났다. 후 교수는 “급속한 물 충격 과정이 세포벽을 주름지고 부분적으로 열리게 만들어 압축을 비롯한 큰 변형이 가능하게 한다”며 “알루미늄 합금 같은 주로 쓰이는 경량 재료에 필적하는 강도가 나왔다”고 말했다.

 

연구팀은 이를 이용해 단단한 스테이크를 썰 정도로 날카로운 나무 칼을 만드는 데 성공했다고 20일 국제학술지 ‘매터’에 소개하기도 했다. 목재를 앞서 공정대로 다루면서 열압착을 추가해 기존 목재보다 23배 단단하면서도 스테인리스 스틸로 만든 고기칼보다 3배 더 날카로운 칼날을 만들었다. 미네랄 기름으로 코팅해 수차례 씻어 재사용하는 것도 가능하다. 연구팀은 강철 못과 달리 녹슬지 않는 나무못을 만들어 판자에 망치질해 박는 데도 성공했다.

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